WO2005050942A1 - 無線通信システム及び受信確認信号送信制御方法並びにそれに用いる無線局 - Google Patents
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Definitions
- Wireless LAN devices access points (APs) and mobile terminals in wireless LAN communication systems
- the communication rate may be asymmetrical between upstream and downstream.
- the transmission rate of the data frame of the AP is drawn to the transmission rate of the ACK as described above, so that the transmission rate of the data frame of the AP is lower than that of the STA.
- the transmission rate becomes too high, and asymmetry of the communication speed cannot be realized, and the effective use of the communication band cannot be achieved. From the viewpoint of effective use of bandwidth in communication between wireless LAN devices, transmission of a multicast data frame using a stable maximum speed and transmission of a stable high-speed ACK rate are important issues.
- the present invention has been made from the viewpoint of effective use of a communication band focusing on such an ACK transmission rate, and an object thereof is to use a stable and high-speed rate.
- a wireless communication system and a reception acknowledgment signal transmission control method that enable effective utilization of the communication band between wireless LAN devices with asymmetric communication speeds by performing cast data frame transmission and stable high-speed ACK transmission Decide to provide radio stations for use.
- the ACK rate control is performed based on the number of retransmissions (the number of re-receptions) of the broadcast data frame without depending on the rate of the broadcast data frame that is a user frame.
- the communication quality of the ACK can be controlled, and a finite wireless communication band can be effectively used, and the communication quality can be stabilized.
- FIG. 1 is a schematic diagram of a wireless LAN communication system to which an embodiment of the present invention is applied.
- the system will work with the API and its subordinate STAs 2, 3 Infrastructure Network as defined in E802.11.
- the minimum unit of such a wireless LAN network is called BSS (Basic Service Set) 4.
- BSS Basic Service Set
- the API is connected to a base station (not shown) via the Ethernet (registered trademark) 5, so that the STAs 2 and 3 under the API can wirelessly connect to the Internet (not shown).
- the IEEE 802.11 MAC protocol processing unit 13 converts a transmission request frame from the upper layer processing unit 14 into a MAC frame format conforming to the IEEE 802.11 MAC protocol. Subsequently, the IEEE802.11 PHY protocol processing unit 12 performs a modulation process on the MAC frame, and sends the frame to the space via the radio unit 11, thereby completing the transmission process.
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Abstract
上り回線と下り回線との間において、データ送信レートが非対称な無線ＬＡＮ通信システムにおいて、無線帯域の有効活用を可能とする。
ＡＰ（アクセスポイント）とＳＴＡ（移動端末局）との間で、ユーザデータフレームの再送回数に基づいてＡＣＫ（受信確認信号）の送信レートを可変制御する。すなわち、再送フレーム数をカウントし、この値が所定値Ｍより大の時にはＡＣＫの送信品質が悪いためにＡＣＫ送信レートを一段下げ、また連続成功フレーム数をカウントし、この値が所定値Ｎより大の場合は、送信品質が良いために、一段上げる制御を行う。こうすることで、従来は、データフレームの受信レートに依存してＡＣＫ送信レートが決定されていたが、独自にＡＣＫ送信レートを決定しているので、高速の下り回線のデータ送信レートが、ＡＣＫ送信レートに依存することがなくなり、有限の無線通信帯域の有効利用が図れる。
Description
明 細 書
無線通信システム及び受信確認信号送信制御方法並びにそれに用いる 無線局
技術分野
[0001] 本発明は無線通信システム及び受信確認信号送信制御方法並びにそれに用いる 無線局に関し、特に無線 LAN通信システムにおける受信確認のための ACKフレー ム送信レート制御方式に関するものである。
背景技術
[0002] 無線 LAN通信システムにおける無線 LAN機器 (アクセスポイント (AP)や移動端末
(STA)を含むものとし、無線局と総称する）では、ュ-キャストデータの送信成功状 態が継続する場合には、送信レートを上昇させることによって、高速な無線通信を実 現し、逆に送信失敗状態が継続する場合には、送信レートを低下させることによって 、安定した通信状態を確保するという、レート制御が行われる。この送信成功状態は ACK (Acknowledgement：受信確認）フレームの受信成功によって判断されるもので あり、また送信失敗状態は ACKフレーム (以下、単に ACKと称す)の受信失敗によ つて判断されるようになって 、る。
[0003] IEEE802. 11に規定されて!、る ACKの送信レート制御方法では、 ACKは、ユー ザデータ力 54Mbps, 48Mbps, 36Mbps, 24Mbps, 18Mbps, 9Mbpsの場合に は、 24Mbpsの送信レートで送信し、ユーザデータが 12Mbpsの場合には、 12Mbp sの送信レートで送信、ユーザデータが 6Mbpsの場合には、 6Mbpsの送信レートで 送信するように規定されて ヽる。
[0004] このような ACKのレート制御方法では、 APと STAとが同じ送信パワーで送信され る場合には問題はないが、以下のような場合に問題がある。すなわち、屋外無線 LA N機器などでは、カバーエリアを広げるために APの送信パワーを大きくする場合が ある。このとき、 APでは送信パワーが大きぐ STAでは送信パワーが小さくなるため に、 STAでは APの信号を強く受信でき、 APでは STAの受信信号が弱くなる。この 様な場合においては、図 5の受信電界対 PER (Packet Error Rate )特性に示す如く
、 APの送信パワーが大きいために、 STAは図 5の Bに示す受信電界で受信可能と なり、 54Mbpsのレート復調が可能となる。一方、 STAの送信パワーが小さいために 、 APは図 4の Aで示す受信電界で受信可能となり、 6Mbpsのレート復調のみが可能 となる。
[0005] このように、 APの送信パワーが STAの送信パワーよりも大きぐいわゆる APの送信 パワーと STAの送信パワーとが非対称な方式で、かつ APからの下りデータ送信速 度が 54Mbpsで、 STAからの上りデータの送信速度が 6Mbpsであるような場合（通 信速度の非対称性の場合）、上述した IEEEE802. 11に規定される ACKのレート 制御方法では、ュ-キャストデータフレームの受信レートにより ACK送信レートを決 定するようになっており、ュ-キャストデータフレームの送信における再送制御及びレ ート制御を、 ACKの応答で行っていることから、 APュ-キャストデータフレームの送 信速度は ACKの送信レート 6Mbpsに引き寄せられて、ュ-キャストデータフレーム の送信レートも 6Mbpsとなる。その結果として、通信速度の非対称性（下りデータの 送信速度が上りデータのそれより大とする方式)が実現不可能となり、有限な通信帯 域の有効利用ができなくなってしまう。
[0006] なお、特許文献 1には、送信端末からデータを受信端末へ送信し、この受信端末で ノ ッファへ受信データを蓄積してこれを順次読出しつつ再生するようなシステムにお いて、受信端末からの ACKに付加された情報、すなわちデータ蓄積量を示す情報 に基づいて、データの送信レートを制御するという技術が開示されている。また、特許 文献 2には、無線 LAN基地局と複数の無線 LAN端末との間の通信において、各無 線 LAN端末の通信速度を均等にすべぐ送信データ量の制御を行う技術が開示さ れている。
特許文献 1：特開 2001-257715号公報
特許文献 2：特開 2002-064504号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] IEEE802. 11によれば、無線 LAN通信システムにおける AP (Access Point)と、 移動端末局である STA (Station )との間の通信においては、受信信号に対して AC
Kを返すようになつている力 送信パワーが ΑΡと STAとの間で異なる場合、通信レー トが上りと下りで非対称となることがある。この様な環境における無線 LAN機器間の 通信においては、上述した如ぐ APのデータフレームの送信レートは ACKの送信レ ートに引き寄せられるために、 APのデータフレームの送信レートがより低い STAの送 信レートとなってしまい、通信速度の非対称性が実現できず、通信帯域の有効利用 が図れなくなる。無線 LAN機器間の通信における帯域の有効利用という観点からは 、安定した最高速のレートを用いたュ-キャストデータフレームの送信と、安定した高 速の ACKレート送信とが重要な課題となる。
[0008] 上記特許文献 1, 2のいずれの技術においても、通信装置間の送信データのレート 制御を行うものであって、上述した如ぐ通信機器間での送信レートの非対称性にお ける ACKの送信レートに着目した通信帯域の有効利用という観点に立った技術では ない。
[0009] そこで、本発明はこの様な ACK送信レートに着目した通信帯域の有効利用という 観点からなされたものであって、その目的とするところは、安定した最高速なレートを 用いたュ-キャストデータフレーム送信と、安定した高速な ACK送信をなすことによ り、通信速度の非対称な無線 LAN機器間の通信帯域の有効活用を可能とした無線 通信システム及び受信確認信号送信制御方法並びにそれに用いる無線局を提供す ることにめる。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明による無線通信システムは、一の無線局において他の無線局からのデータ フレームに対する受信確認信号を送信するようにした無線通信システムであって、前 記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御する 制御手段を含むことを特徴とする。
[0011] 本発明による受信確認信号送信制御方法は、一の無線局において他の無線局か らのデータフレームの受信に対する受信確認信号を送信するようにした無線通信シ ステムにおける受信確認信号送信制御方法であって、前記データフレームの再送回 数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御するステップを含むことを特徴と する。
[0012] 本発明による無線局は、他の無線局から送信されたデータフレームに対する受信 確認信号を送信するようにした無線局であって、前記データフレームの再送回数に 基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御する手段を含むことを特徴とする。
[0013] 本発明によるプログラムは、他の無線局から送信されたデータフレームに対する受 信確認信号を送信するようにした無線局の動作をコンピュータにより実行させるため のプログラムであって、前記データフレームの再送回数に基づ 、て前記受信確認信 号の送信速度を制御する処理を含むことを特徴とする。
[0014] 本発明の作用を述べる。ュ-キャストデータフレームの送信レートとは独立して、ュ 二キャストデータフレームの再送回数に基づいて ACK送信レートを制御する構成と することで、通信速度非対称性を有する無線 LANシステムにおいて、 ACKフレーム の送信レートを最適化することができ、通信帯域の有効利用が図れる。
発明の効果
[0015] 本発明によれば、 ACKレート制御を、ユーザフレームであるュ-キャストデータフレ ームのレートに依存することなぐ当該ュ-キャストデータフレームの再送回数（再受 信回数）に基づいて行うようにすることにより、 ACKの通信品質のコントロールができ 、有限の無線通信帯域を有効に活用することが可能となると共に、通信品質の安定 化が可能となるという効果がある。
[0016] 従来では（IEEE802. 11)では、ュ-キャストデータフレームレートの受信レートに より ACK送信レートが決定されるようになっており、ュニキャストデータフレームの送 信における再送制御及びレート制御は ACKの応答により行っているために、ュニキ ャストデータフレームの送信は ACK送信レート（すなわち ACKの通信品質）に影響 を受けていたが、本発明によれば、ュ-キャストデータフレームのレートとは独自に A CK送信レートを制御するようにしているので、有限な無線通信帯域の有効活用が可 能になるという効果がある。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図 1は 本発明の実施の形態が適用される無線 LAN通信システムの概略図である。本シス テムは、 APIと、その配下にある（それに帰属する）複数の STA2, 3と力 なり、 IEE
E802. 11で定義されるところの Infrastructure Networkである。この様な無線 LANネ ットワークの最小単位が BSS (Basic Service Set ) 4と称される。 APIはイーサネット（ 登録商標） 5を介して図示せぬ基地局と接続されることにより、 APIの配下の STA2, 3は図示せぬインターネットとの無線接続が可能となる。
[0018] なお、 APIにおいて、 "Portal"として示しているのは、この APIに IEEE802. 11 の LANプロトコルとそれ以外の LANプロトコルとのプロトコル変^ ¾能を付カ卩するこ とによって、この APIが STA2, 3とイーサネット（登録商標） 5などの有線 LANとの接 続を可能にした基地局端末であることを示すものである。
[0019] APIは、図 2に示す無線 LANカード 10と上位レイヤインタフェース 20を介して、 IC P/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol )や各種アプリケーションな どの上位プロトコル処理を、無線基地局 30によって実現するものである。また、 STA
2, 3は、同様に、図 2に示す無線 LANカード 10と上位レイヤインタフェース 20を介し て、 TCP/IPや各種アプリケーションなどの上位プロトコル処理を、移動端末本体 3 0 (例えば、携帯型情報処理装置であって、ノート型パーソナルコンピュータ等）によ つて実現するものである。従って、図 2は、 APIと STA2, 3に用いられる無線 LAN力 ードの機能ブロックを示して 、る。
[0020] 図 2に示す無線 LANカード 10は、無線区間でのフレーム送受信を行う無線機部 1 1、変復調処理を行う IEEE802. 11 PHYプロトコル処理部 12、 MAC (Medium Access Control )層でのアクセス制御を行う IEEE802. 11 MACプロトコル処理部 1
3、 MAC層での認証処理などの SME (Station Management Entity )処理を内蔵 CP Uとメモリ 15とによって実現する上位レイヤ処理部 14により構成されている。
[0021] フレーム送信時、 IEEE802. 11MACプロトコル処理部 13では、上位レイヤ処理 部 14からの送信要求フレームを、 IEEE802. 11MACプロトコルに従う MACフレー ムフォーマットへ変換する。続いて、 IEEE802. 11PHYプロトコル処理部 12では、 当該 MACフレームに対する変調処理を行!ヽ、無線機部 11を経て当該フレームを空 間上に送出することにより、送信処理を完了する。
[0022] フレーム受信時、 IEEE802. 11MACプロトコル処理部 13では、無線機部 11を経 て IEEE802. 11PHYプロトコル処理部 12にて復調処理を行った結果受信した MA
Cフレームに対して CRC32の計算、 MACヘッダー内容の解析と受信フレームに対 するレート判別、フレームの連続番号（Sequence Number )取得などの処理を行い、 フレームボディ (FrameBody )部を上位レイヤへ通知する。
[0023] APと STAとが通信する際の送信レートは、 5GHz帯無線 LAN規格の IEEE802.
11aでは、 8種類（6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54[Mbps] )、 2. 4GHz帯無線 LA N規格の IEEE802. l ibでは、 4種類（1, 2, 5. 5, l l [Mbps])力も通信速度、品 質により選択される。また、受信信号に対して ACKフレームを返す。通信速度の非 対称性を実現するためには、 ACKフレームのレート制御を行う必要があり、また最適 な ACKフレームの送信レートを最適化することで、通信帯域の有効活用が可能にな る。そのための機能を実現するの力 図 2の IEEE802. 11 MACプロトコル処理部 1 3であり、その具体的機能ブロック及び動作処理フローが図 3, 4にそれぞれ示されて いる。
[0024] 先ず、図 3を参照して、 IEEE82. 11MACプロトコル処理部 13における本発明の 実施の形態による ACK送信レートの制御機能のブロックについて説明する。 自局フ レーム判別部 41は入力されたュ-キャストデータフレーム（以下、単にフレームと称 す）が自局宛てのものかどうか判別する。再送フレーム判別部 42は、自局フレーム判 別部 41で自局宛てフレームであると判別されたフレームについて、再送フレームかど うかを判別する。
[0025] カウンタ 43はこの再送フレーム判別部 42で再送フレームであると判別された連続 再送回数をカウントする。カウンタ 44は再送フレームでないと判別された場合、連続 成功フレーム数をカウントする。なお、カウンタ 43は再送フレームでないと判別された ときにリセットされ、カウンタ 44は再送フレームであると判別された時にリセットされるも のとする。
[0026] カウンタ比較部 45は、カウンタ 43及び 44の各カウンタ値を予め定められた値 M及 び Nとそれぞれ比較する。 ACKレートテーブル更新部 46は、カウンタ比較部 45から の比較効果に応じて、 ACKレートテーブル 47の更新制御をなす。そして、この ACK レートテーブル 47の値によって ACKの送信レートが決定される。なお、制御部（CP U) 48はこれ等各部 41一 47を制御するものであり、メモリ 49に予め格納されているソ
フトウェア（プログラム）の手順に従って一制御動作を実行するものである。
[0027] ュ-キャストデータフレームを受信した無線 LAN機器は、応答フレームとして ACK フレームを送信する。このときの ACKフレームのレートを可変させ最適化する方法を 、図 4を参照しつつ以下に説明する。
[0028] ュ-キャストフレームを受信すると（ステップ SI)、 MACアドレスを読取り自局宛の フレームかを判断する（ステップ S 2)。 自局宛のフレームの場合、 IEEE802. 11で定 義されている Sequence Control部内の連続番号（Sequence Number)と送り元 MA Cアドレスとを確認することにより、再送フレームかを判断する (ステップ S3)。
[0029] 再送フレームの場合、連続再送回数をカウントアップし (ステップ S4)、カウンタ値が 任意に設定した M回を超えると (ステップ S5)、 ACKを受信できていないと判断して 、 ACK送信レートを 1段下げるように ACKレートテーブルの更新を行 、（ステップ S6 , S10)、この ACKレートテーブルの更新情報により、 ACKの送信レートを決定する
[0030] また、ステップ S3で再送フレームでな 、と判断した場合には、連続成功フレーム数 をカウントアップし (ステップ S 7)、カウンタ値が任意の N回を超えると、 ACKを確実に 相手が受信できていると判断し (ステップ S8)、より伝送効率を上げるためレートを 1 段上げるように ACKレートテーブルの更新を行い（ステップ S9, S10)、 ACKの送信 レートを決定する。
[0031] この様に、ュ-キャストデータフレームの送信レートとは独立して、ュ-キャストデー タフレームの再送回数に基づ 、て ACK送信レートを制御する構成としたので、通信 速度非対称性を有する無線 LANシステムにお 、て、 ACKフレームの送信レートを 最適化することができ、通信帯域の有効利用が図れる。
[0032] 上述した IEEEの規定では、ユーザデータフレームであるュ-キャストデータフレー ムの送信速度が ACK送信レートに弓 I寄せられる（引つ張られる）ために、 ACK送信 レートが 54Mbpsで通信できる場合にも、ュ-キャストデータフレームの通信速度が 5 4Mbps, 48Mbps, 36Mbps, 24Mbps, 18Mbps, 9Mbpsの場合は、 ACK送信 レートは 24Mbpsと規定されていることから、 ACKのデータフレームが長くなるが、上 記実施の形態のように、 ACKの送信レート制御を独自の方式とすることにより、例え
ば、 54Mbpsのュ-キャストデータフレームに対して 54Mbpsの ACKを返すことがで き、伝送帯域を占有している時間がそれだけ短くなつて、通信帯域の有効利用が図 れるのである。
[0033] 先の図 4に示した実施の形態では、再送フレームと連続成功フレームのカウント値 N, Mを固定にしている力 ステップ S 10の ACKテーブルの更新状況から、ステップ S5の Mの値と、ステップ S8の Nの値とを自動更新することによって、より安定した通 信が可能になる。例えば、 ACKが 6Mbpsで通信が安定する場合、連続成功が続く ためレートを 1段上げる操作を行い、 9Mbpsとなる。 9Mbpsでは、 ACKフレームを相 手が受信できず、レートを 1段下げて、 6Mbpsとなる。この動作を繰り返す。この繰り 返しを ACKレートテーブルの更新ステップ S 10で監視し、 Mの値と Nの値とを更新す るよう〖こすることも、他の実施の形態として、実施可能である。
[0034] なお、上述した図 4のフローチャートに示す動作は、プログラムとして予め ROM等 の記憶媒体に格納しておき、これをコンピュータ (CPU)に読取らせて実行させること 力できることは明白である。
図面の簡単な説明
[0035] [図 1]本発明の実施の形態の概略システム構成図である。
[図 2]本発明の実施の形態における無線 LAN機器に用いられる無線 LANカードの 機能ブロック図である。
[図 3]本発明の実施の形態の機能ブロック図である。
[図 4]本発明の実施の形態の動作を示すフロー図である。
[図 5]無線 LAN通信システムにおける種々のフレーム (パケット）送信レートに対する 受信電界と PER (受信パケット誤り率)との関係を説明する図である。
符号の説明
[0036] 1 AP (アクセスポィトン）
2, 3 STA (移動端末局）
10 無線 LANカード
11 無線機部
12 IEEE802. 11PHYプロトコル処理部
IEEE802. 11MACプロトコル処理部 上位レイヤ処理部
, 49 メモリ
上位レイヤインタフェース
基地局または移動端末本体 自局フレーム判別部
再送フレーム判別部
, 44 カウンタ
カウンタ比較部
ACKレートテーブル更新部
ACKレートテーブル
制御部（CPU)
Claims
[1] 一の無線局において他の無線局力 のデータフレームの受信に対する受信確認 信号を送信するようにした無線通信システムであって、前記データフレームの再送回 数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御する手段を含むことを特徴とす る無線通信システム。
[2] 前記手段は、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送 信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項 1記載の無線通信システム。
[3] 前記手段は、前記データフレームの再送回数が第一の所定値より大なる場合、現 在の送信速度をより小とすることを特徴とする請求項 2記載の無線通信システム。
[4] 前記手段は、前記データフレームの連続成功回数に基づいて前記受信確認信号 の送信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項 1一 3いずれか記載の無線 通信システム。
[5] 前記手段は、前記データフレームの連続成功回数が第二の所定値よりも大なる場 合、現在の送信速度をより大とすることを特徴とする請求項 4記載の無線通信システ ム。
[6] 前記一の無線局及び前記他の無線局は、無線 LANシステムにおけるアクセスボイ トン及び移動通信端末であることを特徴とする請求項 1一 5いずれか記載の無線通信 システム。
[7] 一の無線局において他の無線局力 のデータフレームの受信に対する受信確認 信号を送信するようにした無線通信システムにおける受信確認信号送信制御方法で あって、前記データフレームの再送回数に基づ!、て前記受信確認信号の送信速度 を制御するステップを含むことを特徴とする受信確認信号送信制御方法。
[8] 前記ステップは、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の 送信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項 7記載の受信確認信号送信 制御方法。
[9] 前記ステップは、前記データフレームの再送回数が第一の所定値より大なる場合、 現在の送信速度をより小とすることを特徴とする請求項 8記載の受信確認信号送信 制御方法。
[10] 前記ステップは、前記データフレームの連続成功回数に基づいて前記受信確認信 号の送信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項 7— 9いずれか記載の受 信確認信号送信制御方法。
[11] 前記ステップは、前記データフレームの連続成功回数が第二の所定値よりも大なる 場合、現在の送信速度をより大とすることを特徴とする請求項 10記載の受信確認信 号送信制御方法。
[12] 前記一の無線局及び前記他の無線局は、無線 LANシステムにおけるアクセスボイ トン及び移動通信端末であることを特徴とする請求項 7— 11いずれか記載の受信確 認信号送信制御方法。
[13] 他の無線局から送信されたデータフレームに対する受信確認信号を送信するよう にした無線局であって、前記データフレームの再送回数に基づ!、て前記受信確認信 号の送信速度を制御する手段を含むことを特徴とする無線局。
[14] 前記手段は、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送 信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項 13記載の無線局。
[15] 前記手段は、前記データフレームの再送回数が第一の所定値より大なる場合、現 在の送信速度をより小とすることを特徴とする請求項 14記載の無線局。
[16] 前記手段は、前記データフレームの連続成功回数に基づいて前記受信確認信号 の送信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項 13— 15いずれか記載の無 局。
[17] 前記手段は、前記データフレームの連続成功回数が第二の所定値よりも大なる場 合、現在の送信速度をより大とすることを特徴とする請求項 16記載の無線局。
[18] 無線 LANシステムにおけるアクセスボイトンまたは移動通信端末であることを特徴 とする請求項 13— 17V、ずれか記載の無線局。
[19] 他の無線局から送信されたデータフレームに対する受信確認信号を送信するよう にした無線局の動作をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、前記 データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御する処 理を含むことを特徴とするプログラム。
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